Содержание
Что такое гамма-излучение
Гамма-излучение (гамма-лучи) — это один из видов электромагнитного излучения, обладающего самой малой длиной волны (порядка 2·10-10 м).
Коротковолновая природа гамма-лучей снижает волновые признаки, но значительно увеличивает их корпускулярные свойства. Это означает, что гамма-излучение в большей степени обладает свойствами потока частиц, нежели пучка волн.
Кроме этого, они относятся к категории ионизирующих излучений, поскольку при контакте с материальными телами способны создавать положительные или отрицательные ионы.
С точки зрения физики элементарных частиц, гамма-излучение является направленным потоком фотонов, обладающих высокой энергией. Они движутся со скоростью света, сохраняя энергию в течение длительного времени. Источником излучения являются возбужденные атомные ядра, состояние которых вызвано ядерными реакциями или аннигиляцией.
Гамма-лучи открыты в 1900 году, поэтому, их свойства достаточно хорошо изучены. В частности, доказана электромагнитная природа излучения, слабое взаимодействие с электрическими и магнитными полями, высокая проникающая способность. Это позволяет использовать лучи в некоторых областях науки, промышленности и медицины.
В больших дозах гамма-лучи смертельно опасны для организма людей, животных, растений. Огромная энергия позволяет гамма-лучам достигать самых отдаленных от источника участков Вселенной. Они не отклоняются электрическими или магнитными полями, и следуют по прямой до тех пор, пока пучок не рассеется и не потеряет свою энергию.
Опасность гамма-лучей для человека и животных
Энергия фотонов гамма-излучения примерно в 10000 раз выше энергии частиц видимого света. они свободно проникают сквозь твердые объекты, а живые организмы для них никакой преграды не представляют. Единственной более-менее эффективной защитой на сегодня является слой свинца, способного гасить энергию гамма-лучей.
Последствия контакта организма человека с гамма-излучением принято называть «лучевая болезнь». В медицине рассматривают облучение радиоактивными материалами, где гамма-лучи играют основную, хотя и не единственную роль. В зависимости от силы излучения у человека могут наблюдаться тошнота или рвота с кровью, потеря ориентации, сбои в работе нервной и сердечно-сосудистой системы.
Что такое гамма-всплеск
Гамма-всплеск — это выброс гамма-излучения, по мощности и уровню энергии сопоставимый с самыми мощными космическими явлениями. Для понимания масштабов угрозы достаточно сказать — гамма-всплеск, источник которого будет находиться на расстоянии нескольких миллионов световых лет от нашей планеты, способен уничтожить всю жизнь на ней.
Другой пример. Гамма всплеск звезды VR 104, находящейся в 8000 световых лет от Солнечной системы, способен сжечь озоновый слой на Земле (точнее, ту его часть, что будет обращена к источнику на момент вспышки). Если учесть, что некоторые из них способны длиться до 6 часов, надеяться на сохранение хоть небольшой части озонового слоя не приходится. После этого участь живых организмов на планете будет весьма печальной.
Ученые считают, что вымирание животных на планете, произошедшее около 200 миллионов лет назад, было вызвано именно гамма-всплеском.
Ученые различают два вида вспышек:
- короткая. Ее длительность не превышает 2 секунд;
- длинная. От 2 секунд до 6 часов (случается редко, но прецедент имеется).
Ученые считают, что короткие гамма-всплески вызваны слиянием черных дыр или нейтронных звезд. Причиной длинных вспышек может быть коллапс гигантских звезд с высокой скоростью вращения. Их ядро разрушается вследствие чрезмерных гравитационных нагрузок, что приводит к образованию черной дыры.
Как проходит вспышка
Вспышка представляет собой узконаправленный луч, который сохраняет свою энергию на протяжении многих световых лет. Объекты, попадающиеся на его пути, взаимодействуют с гамма-лучами, изменяя структуру вещества из-за сильной ионизации. При этом, для небесных тел, оказавшихся в стороне от пучка, событие проходит бесследно. Благодаря этому, Вселенная до сих пор существует в относительно стабильной форме (учитывая все процессы, происходящие со времен Большого взрыва).
После вспышки наблюдается довольно длительный период угасающего послесвечения, который представлен излучением с постепенно увеличивающейся длиной волны. Характер и показатели послесвечения часто помогают установить или уточнить параметры самой вспышки, поскольку сама она может длиться лишь доли секунды.
Источник всплеска определяется по красному смещению (Z), то есть по степени увеличения длины волны, вызванного большим расстоянием. Расчет производится путем сравнения показателей наблюдаемых волн и их идеальных (лабораторных) параметров. Чем больше разница показателей, тем больше расстояние до наблюдаемого объекта. Здесь работает достаточно простая математика, хотя в космологии обычной арифметикой обойтись невозможно.
Зарегистрированные вспышки
Наблюдения за гамма-всплесками начались 2 июля 1970 года. Они были случайно замечены американскими спутниками, в задачу которых входил контроль за изменениями в ионосфере. Со времени первых наблюдений было зарегистрировано около 12 000 гамма-всплесков разной силы и длительности.
Последний, самый яркий и самый близкий гамма-всплеск был зарегистрирован 9 октября 2022 года. Он был обнаружен всеми наземными и космическими телескопами, а его продолжительность составила более 5 минут. Вспышка получила название GRB 221009A. Следствием ее стало кратковременное возмущение ионосферы Земли.
Известны случаи, которые можно отнести к разряду курьезов. Так, световой блик от разгонного блока, оставшегося на орбите, однажды был принят за вспышку в галактике GN-z11.
Примечательно, что расчетное красное смещение оказалось достаточно большим, что и привело наблюдателей к выводу об источнике в дальней галактике.
А причиной этого стала поправка в расчетах, которую вполне правомерно используют для коррекции показателей излучения, существовавших много тысячелетий назад.
К тому времени, когда ошибка была обнаружена и доказана, уже были написаны солидные научные работы.
Вопросы и ответы
Гамма-всплеск — явление загадочное, несмотря на большое количество наблюдений и исследований. У многих пользователей при первом знакомстве с этой темой возникает огромное количество вопросов.
Ответим на самые частые из них:
Вопрос некорректный. Подобные явления возникают в любых участках Вселенной. Их количество может коррелировать с плотностью вещества в определенных точках (есть области с большим количеством объектов, и есть области глубокого вакуума, где нет ничего материального). В среднем, гамма вспышки распределены более-менее равномерно по всему пространству.
Такой всплеск вполне возможен в реальности. Однако, когда он может произойти — неизвестно. Поблизости от нашей ветви галактики подобных событий не наблюдалось ни разу, что дает некоторые основания для сдержанного оптимизма.
По оценке астрофизиков, гамма-всплески типа недавнего события GRB 221009A, возникают раз в 10000 лет. Однако это не означает, что человечество находится в относительной безопасности. Подобные космические явления не периодичны, они возникают вследствие определенных событий. Вполне вероятен каскад вспышек, но и отсутствие их в течение длительного времени также возможно.
Да, события настолько мощные, что их можно рассмотреть без средств наблюдения. Однако вероятность такого события невысока — длительность вспышки крайне мала. Чтобы ее увидеть необходимо благоприятное сочетание нескольких факторов — нужна хорошая погода, правильное положение земной поверхности относительно оси вспышки. Кроме того, наблюдатель должен заранее знать, куда смотреть.
Максимальной зарегистрированной мощностью обладают гамма-всплески от блазаров. Это группы объектов, составляющих ядро галактик. Из них выходят релятивистские струи (джеты), усиливающие свечение благодаря доплеровскому эффекту. Блазары всегда соседствуют со сверхмассивными черными дырами в центре галактик.
